大平警視（金田龍之介）は、欧州警察から帰国早々、空港で麻薬密売人と格闘して腰を痛めた。
そこで彼は、部下の鉢山（常田富士男）を伴い、上州水上温泉へ湯治に出かけた。
ところが、同じ宿で娘の直子（菅原昌代）と会ってびっくり。
直子は、大学のサークル「温泉研究会」の活動として、亜弓（沢田和美）やみはる（栗田ひとみ）らと温泉めぐりをしていた。
その宿には、全身美容術で著名な秋本房子（中村玉緒）が夫の信夫（山内明）と泊まっていた。
翌朝、みはるが他殺体で見つかった。
暴行された上、胸をひと突きされていた。
さらに現場から長い楊枝が発見された。
旅館のショーのひとつに、旅芸人の武田（佐藤蛾次郎）が見せる木枯紋次郎があったが、その紋次郎が口にくわえる楊枝にそっくりだった。
しかも直子は事件前、現場近くで紋次郎の格好をした男を見たと話した。
県警は武田を取り調べるが、舞台で使っている本身も血液反応は出ず、犯人の決め手はなかった。
直子らは次の目的地の宝川温泉に向かった。
房子と信夫、それに武田らの一行も一緒だった。
第二の犯行を恐れた大平は、東京から山口警部補（木ノ実ナナ）を呼び、左近警部も追いかけてくるが、その夜、亜弓が殺されてしまう…。